스마트 그리드(Smart Grid)는 기존의 전력망에 정보 통신 기술을 접목하여 양방향으로 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망이다. 스마트 그리드 구현을 위한 HPGP 통신 규격은 신흥 스마트 에너지, 홈 자동화, 전기 자동차 통신 어플리케이션 구동을 위해 개발되었다. HPGP 통신 규격은 이전 규격인 HPAV과 상호 운용이 가능하며 저비용, 저전력의 장점이 있다. 새로운 통신 규격의 도입을 위해서는 신뢰성 및 상호 운용성 검증을 위한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 스마트 그리드의 중요한 응용프로그램 중 하나인 전기차와 충전기간 전력선 통신에 대한 신뢰성 테스트 방안으로써 스니퍼 테스트 방법을 제안한다. 또한, 전기차와 충전기 간 HPGP 기반 전력선 통신 환경에서 QCA7000 Device, AVitar, Tool Kit을 이용한 스니퍼 테스트 결과를 분석하였다.
스마트 그리드(Smart Grid)는 기존의 전력망에 정보 통신 기술을 접목하여 양방향으로 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 지능형 전력망이다. 스마트 그리드 구현을 위한 HPGP 통신 규격은 신흥 스마트 에너지, 홈 자동화, 전기 자동차 통신 어플리케이션 구동을 위해 개발되었다. HPGP 통신 규격은 이전 규격인 HPAV과 상호 운용이 가능하며 저비용, 저전력의 장점이 있다. 새로운 통신 규격의 도입을 위해서는 신뢰성 및 상호 운용성 검증을 위한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 스마트 그리드의 중요한 응용프로그램 중 하나인 전기차와 충전기간 전력선 통신에 대한 신뢰성 테스트 방안으로써 스니퍼 테스트 방법을 제안한다. 또한, 전기차와 충전기 간 HPGP 기반 전력선 통신 환경에서 QCA7000 Device, AVitar, Tool Kit을 이용한 스니퍼 테스트 결과를 분석하였다.
Smart Grid is a next-generation intelligent grid to optimize energy efficiency by integrating information and communication technologies to the existing power grid as a two-way exchange of information. HPGP communication standard for smart grid implementation has been developed for the emerging smar...
Smart Grid is a next-generation intelligent grid to optimize energy efficiency by integrating information and communication technologies to the existing power grid as a two-way exchange of information. HPGP communication standard for smart grid implementation has been developed for the emerging smart energy, home automation, electric vehicle communications applications. HPGP communication standard has the advantage of reducing cost and power consumption. Also, it can be interoperated with the previous HPAV communication standard. For the introduction of a new communication standard, the analysis of the reliability and interoperability verification is required. In this paper, we present sniffer test method as reliability test method about power line communication between PEV(Plug-in Electric Vehicle) and EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment). Power line communication between PEV and EVSE is one of the most important Smart Gird applications. Also, we analyzed sniffer test results about power line communication based on HPGP between PEV and EVSE by using QCA7000 device, AVitar and Tool kit.
Smart Grid is a next-generation intelligent grid to optimize energy efficiency by integrating information and communication technologies to the existing power grid as a two-way exchange of information. HPGP communication standard for smart grid implementation has been developed for the emerging smart energy, home automation, electric vehicle communications applications. HPGP communication standard has the advantage of reducing cost and power consumption. Also, it can be interoperated with the previous HPAV communication standard. For the introduction of a new communication standard, the analysis of the reliability and interoperability verification is required. In this paper, we present sniffer test method as reliability test method about power line communication between PEV(Plug-in Electric Vehicle) and EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment). Power line communication between PEV and EVSE is one of the most important Smart Gird applications. Also, we analyzed sniffer test results about power line communication based on HPGP between PEV and EVSE by using QCA7000 device, AVitar and Tool kit.
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문제 정의
[2] 최근에는 스마트 그리드의 중요한 응용프로그램 중 하나인 PEV(Plug-in Eletric Vehicle)와 EVSE(Eletric Vehicle Supply Equipment) 간 전력선 통신과 전원 관리 기능이 포함된 새로운 버전이 개정되었다.[2] PEV 충전 및 EVSE 와의 전력선 통신은 장소에 구애받지 않는 충전 및 통신 수단을 제공하는 것을 목표로 하고 있다.[2] 이러한 새로운 통신 규격의 도입을 위해서는 신뢰성 및 상호 운용성 검증을 위한 분석이 필요하다.
이 방법을 이용 하면 네트워크 내에서 실제로 교환되는 데이터를 확인하여 데이터의 구조 및 의미를 파악할 수 있으며 오류가 발생하였을 경우 오류 발생 위치뿐만 아니라 오류 발생 데이터의 종류까지 확인 가능한 장점이 있다. 본 논문에서는 PEV와 EVSE 간 HPGP 기반 전력선 통신 환경을 구성하고 QCA7000 Device, AVitar, Tool kit을 이용한 스니퍼 테스트 결과를 분석한다.
본 논문에서는 PEV와 EVSE 간 HPGP 기반 전력선통신에 대하여 둘 사이의 신뢰성 테스트 방안으로써 스니퍼 테스트 방법을 제안하고 이 방법을 이용하여 PEV 와 EVSE 간 통신 데이터를 분석하였다.
본 논문에서는 PEV와 EVSE 간 HPGP 기반 전력선통신에 대한 신뢰성 테스트 방안으로써 스니퍼 테스트 방법을 제안한다. 스니퍼 테스트란 네트워크에 별도의 Device를 삽입하여 네트워크 구성요소 확인하고 네트워크 내에서 교환되는 데이터를 확인 및 raw data 형태로 추출이 가능한 신뢰성 테스트 방안이다.
제안 방법
그림 6과 같이 AVitar는 통신 환경 구성 및 Device역할 설정을 위해 사용된 Tool이다. AVitar를 이용하여 HPGP 기반 전력선 통신 환경을 구성하고 각각의 Device 마다 PEV, EVSE, 스니퍼의 역할을 설정하였다. 이 외에 커맨드 창에서 실행되는 Tool Kit은 네트워크 연결상태 확인, 스니퍼 작동, 데이터 추출 및 확인을 위해 사용되었다.
PEV와 EVSE의 원활한 통신과 스니퍼를 이용하여 둘 사이에서 교환되는 데이터를 확인하기 위해서는 3개의 Device가 모두 동일한 통신 규격을 이용해야하기 때문에 동일한 HPGP 통신 규격 기반 QCA7000 Device 3대를이용하였으며 AVitar와 Tool Kit을 이용하여 테스트 환경을 구성하였다.
Raw data의 DT_AV값을 확인하여 Beacon MPDU의 Frame Control을 분석하였다. Beacon이란 네트워크 동기화를 위해 EVSE에서 PEV로 주기적으로 전송하는 데이터이다.
테스트 환경을 구성한 후 스니퍼가 네트워크에 정상 적으로 삽입되었는지 확인하기 위해 네트워크 연결상태를 확인하는 커맨드를 입력하였고 그림 7과 같이 PEV와 EVSE가 형성한 네트워크에 스니퍼가 정상적으로 삽입되었음을 확인하였다. 네트워크 연결상태를 확인 한 후 그림 8과 같이 스니퍼를 동작시키는 커맨드를 입력하여스니퍼를 작동시켜 그림 9와 같이 네트워크 내에서 교환 되는 데이터를 확인하였다.
동일한 방법으로 raw data의 DT_AV값을 확인하여 SACK MPDU의 Frame Control을 분석하였다. SACK는 수신된 데이터에 대한 확인응답으로 사용되는 데이터이다.
동일한 방법으로 raw data의 DT_AV값을 확인하여 SOF MPDU의 Frame Control을 분석하였다. SOF는 일반적인 데이터 전송에 사용되는 구조이다.
스니퍼 테스트 환경은 그림 5와 같이 구성하였다. 동일한 전력선에 PEV와 EVSE가 연결되어 통신을 하고 있는 환경에서 스니퍼 역할의 Device를 동일한 전력선에 연결하여 네트워크에 삽입시켰으며 삽입된 스니퍼를 동작시켜 네트워크 연결상태 및 교환되는 데이터를 확인하기 위해 스니퍼와 PC를 이더넷으로 연결하였다.
따라서 충전상태 확인이나 과금정보 등의 실제적인 의미를 갖는 SOF 와 SACK MPDU의 Payload는 ‘0’으로 padding처리된 값을 갖고 있었고 Frame Control에 대해서만 분석을 진행 하였다.
PEV와 EVSE 간 스니퍼 테스트 결과를 분석한 결과 네트워크 내에서 Beacon, SOF, SACK 세 종류의 데이터가 교환되고 있음을 확인하였다. 또한, 각 MPDU의 Frame Control을 분석하여 표 6, 7, 8과 같이 각 Frame Control 구조, 의미 및 오류 발생 여부를 확인하였다. 분석 결과 EVSE에서 PEV로 주기적으로 네트워크 동기화를 위한 Beacon 데이터의 전송이 이루어지며 일반적인 전송 데이터 구조인 SOF와 이에 대한 확인응답 데이터인 SACK데이터도 정상적으로 교환되고 있음을 확인하였다.
네트워크 내의 다른 SOF MPDU도 DT_AV, ACCESS, SNID같이 고정 적인 Field는 동일한 값을 갖고 있었으며 MPDUCnt, BurstCnt같이 데이터에 따라 가변적인 Field들은 서로 다른 값을 갖고 있었다. 또한, 오류검출 bit인 FCCS_AV 를 이용하여 SOF MPDU Frame Control의 오류 발생 여부를 확인 할 수 있었다.
네트워크 내의 다른 Beacon MPDU들도 DT_AV, ACCESS, SNID같이 고정적인 Field는 동일한 값을 갖고 있었으며, BTS나 BTO같이 시간정보를 담고 있는 Field들은 MPDU마다 차이가 있었다. 또한, 오류검출 bit인 FCCS_AV를 이용하여 Beacon MPDU Frame Control의 오류 발생 여부를 확인 할 수 있었다.
본 논문에서는 PEV와 EVSE 간 HPGP 기반 전력선통신에 대한 신뢰성 테스트 방안으로써 스니퍼 테스트 방법을 제안하고 이 방법을 이용하여 둘 사이의 통신 데이터를 확인 및 분석한다.
대상 데이터
두 종류의 Frame Control은 각각 25bits와 128bits로 구성되며 Payload는 136bytes 또는 520bytes로 구성된다. HPGP 통신 규격은 Beacon, SOF, SACK, RTS/CTS, Sound, Reverse SOF의 6가지 종류의 데이터를 사용하며 데이터 종류에 따라 MPDU의 내부 구조의 차이가 있다.[1]
데이터처리
스니퍼 테스트를 이용하여 네트워크 내에서 교환되는 데이터를 확인한 결과 그림 9와 같이 동일한 길이의 MPDU가 반복되었고 데이터의 종류, 구조, 구체적인 의미 파악 및 오류 검출을 위해 MPDU의 Frame Control를 분석하였다. 데이터의 종류에 따라 Frame Control 구조의 차이가 있으므로 Frame Control을 분석하기 이전에 데이터의 종류를 확인하는 것이 우선시된다.
성능/효과
그림 10과같이 Frame Control은 16진수 값을 갖고 있으므로 분석을 위해 2진수로 변환 후 byte단위로 정렬하였다. 0번째 byte의 첫 3bits는 데이터의 종류를 나타내는 DT_AV이므로 이 값과 표와 같이 규격문서의 정의표[1]를 이용하여 PEV와 EVSE 간 교환되는 데이터의 종류를 확인한 결과 Beacon, SOF, SACK 세 종류의 데이터가 교환되고 있음을 확인하였다.
규격문서의 Beacon Frame Control Field 표[1]를 이용하여 Beacon MPDU의 Frame Control을 분석한결과 표 6과 같은 구조와 값을 갖고 있었다. Beacon MPDU Frame Control의 분석 결과로 데이터의 종류, 네트워크 정보, Beacon Time Stamp 등의 값을 확인 할 수있었다. 네트워크 내의 다른 Beacon MPDU들도 DT_AV, ACCESS, SNID같이 고정적인 Field는 동일한 값을 갖고 있었으며, BTS나 BTO같이 시간정보를 담고 있는 Field들은 MPDU마다 차이가 있었다.
PEV와 EVSE 간 스니퍼 테스트 결과를 분석한 결과 네트워크 내에서 Beacon, SOF, SACK 세 종류의 데이터가 교환되고 있음을 확인하였다. 또한, 각 MPDU의 Frame Control을 분석하여 표 6, 7, 8과 같이 각 Frame Control 구조, 의미 및 오류 발생 여부를 확인하였다.
규격문서의 SACK Frame Control Field 표[1]를 이용 하여 SACK MPDU의 Frame Control을 분석한 결과 표 8과 같은 구조와 값을 갖고 있었다. SACK MPDU Frame Control의 분석 결과로 데이터의 종류, 네트워크 정보, 수신지 주소, 수신된 데이터의 정상 수신 여부 등의 값을 확인 할 수 있었다. 네트워크 내의 다른 SACK MPDU도 DT_AV, ACCESS, SNID같이 고정적인 Field 는 동일한 값을 갖고 있었으며 SackD, BitPad같이 데이터에 따라 가변적인 Field들은 서로 다른 값을 갖고 있었다.
규격문서의 SOF Frame Control Field 표[1]를 이용하여 SOF MPDU 의 Frame Control을 분석한 결과 표 7과 같은 구조와 값을 갖고 있었다. SOF MPDU Frame Control의 분석 결과로 데이터의 종류, 네트워크 정보, 전송 환경, 송신 및 수신지 주소 등의 값을 확인할 수 있었다. 네트워크 내의 다른 SOF MPDU도 DT_AV, ACCESS, SNID같이 고정 적인 Field는 동일한 값을 갖고 있었으며 MPDUCnt, BurstCnt같이 데이터에 따라 가변적인 Field들은 서로 다른 값을 갖고 있었다.
Beacon MPDU Frame Control의 분석 결과로 데이터의 종류, 네트워크 정보, Beacon Time Stamp 등의 값을 확인 할 수있었다. 네트워크 내의 다른 Beacon MPDU들도 DT_AV, ACCESS, SNID같이 고정적인 Field는 동일한 값을 갖고 있었으며, BTS나 BTO같이 시간정보를 담고 있는 Field들은 MPDU마다 차이가 있었다. 또한, 오류검출 bit인 FCCS_AV를 이용하여 Beacon MPDU Frame Control의 오류 발생 여부를 확인 할 수 있었다.
SACK MPDU Frame Control의 분석 결과로 데이터의 종류, 네트워크 정보, 수신지 주소, 수신된 데이터의 정상 수신 여부 등의 값을 확인 할 수 있었다. 네트워크 내의 다른 SACK MPDU도 DT_AV, ACCESS, SNID같이 고정적인 Field 는 동일한 값을 갖고 있었으며 SackD, BitPad같이 데이터에 따라 가변적인 Field들은 서로 다른 값을 갖고 있었다. 또한, 오류검출 bit인 FCCS_AV를 이용하여 SACK MPDU Frame Control의 오류 발생 여부를 확인 할 수있었다.
SOF MPDU Frame Control의 분석 결과로 데이터의 종류, 네트워크 정보, 전송 환경, 송신 및 수신지 주소 등의 값을 확인할 수 있었다. 네트워크 내의 다른 SOF MPDU도 DT_AV, ACCESS, SNID같이 고정 적인 Field는 동일한 값을 갖고 있었으며 MPDUCnt, BurstCnt같이 데이터에 따라 가변적인 Field들은 서로 다른 값을 갖고 있었다. 또한, 오류검출 bit인 FCCS_AV 를 이용하여 SOF MPDU Frame Control의 오류 발생 여부를 확인 할 수 있었다.
별도의 Management message나 데이터를 발생시키지 않은 테스트 환경이었기 때문에 PEV와 EVSE 간 교환되는 대부분의 데이터는 네트워크 동기화를 위해 EVSE에서 PEV로 주기적으로 전송되는 Beacon데이터였다. 또한, Frame Control을 분석함으로써 데이터의 종류, 구조, 구체적인 의미 및 Frame Control의 오류 발생여부 등을 확인할 수 있었다.
또한, 각 MPDU의 Frame Control을 분석하여 표 6, 7, 8과 같이 각 Frame Control 구조, 의미 및 오류 발생 여부를 확인하였다. 분석 결과 EVSE에서 PEV로 주기적으로 네트워크 동기화를 위한 Beacon 데이터의 전송이 이루어지며 일반적인 전송 데이터 구조인 SOF와 이에 대한 확인응답 데이터인 SACK데이터도 정상적으로 교환되고 있음을 확인하였다. 기본적인 전력선 통신 환경 조성 외에 별도의 Management message나 데이터를 전송하고 있지 않은 환경에서 진행된 테스트이므로 그림 11과 같이 SOF와 SACK MPDU의 Payload는 모두 ‘0’으로 padding처리된 값을 갖고 있었으며 네트워크 내에서 교환되는 대부분의 데이터가 네트워크 동기화를 위한 Beacon 데이터였다.
분석결과 네트워크 동기화를 위한 Beacon, 일반적인 데이터 전송 구조인 SOF, 수신된 데이터에 대한 확인응답 데이터인 SACK가 교환되고 있음을 확인하였다. 별도의 Management message나 데이터를 발생시키지 않은 테스트 환경이었기 때문에 PEV와 EVSE 간 교환되는 대부분의 데이터는 네트워크 동기화를 위해 EVSE에서 PEV로 주기적으로 전송되는 Beacon데이터였다.
테스트 환경을 구성한 후 스니퍼가 네트워크에 정상 적으로 삽입되었는지 확인하기 위해 네트워크 연결상태를 확인하는 커맨드를 입력하였고 그림 7과 같이 PEV와 EVSE가 형성한 네트워크에 스니퍼가 정상적으로 삽입되었음을 확인하였다. 네트워크 연결상태를 확인 한 후 그림 8과 같이 스니퍼를 동작시키는 커맨드를 입력하여스니퍼를 작동시켜 그림 9와 같이 네트워크 내에서 교환 되는 데이터를 확인하였다.
후속연구
추후 실제적인 의미를 갖는 데이터를 사용자가 임의로 발생시킬 수 있는 환경을 구성할 수 있다면 Payload 에 대해서도 분석이 가능하며 Payload의 구조, 구체적인 의미 및 Payload의 오류 발생 여부 등을 확인 할 수 있을 것이다. 또한, 본 논문에서 다룬 PEV와 EVSE 간 HPGP 기반 전력선 통신 외에도 통신 규격과 데이터 구조를 파악할 수 있다면 스니퍼 테스트 방법을 이용하여 다양한 통신 환경에서 교환되는 데이터를 확인 및 분석할 수 있으므로 다양한 통신 분야에서 유용한 신뢰성 테스트의 방안으로써 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
추후 실제적인 의미를 갖는 데이터를 사용자가 임의로 발생시킬 수 있는 환경을 구성할 수 있다면 Payload 에 대해서도 분석이 가능하며 Payload의 구조, 구체적인 의미 및 Payload의 오류 발생 여부 등을 확인 할 수 있을 것이다. 또한, 본 논문에서 다룬 PEV와 EVSE 간 HPGP 기반 전력선 통신 외에도 통신 규격과 데이터 구조를 파악할 수 있다면 스니퍼 테스트 방법을 이용하여 다양한 통신 환경에서 교환되는 데이터를 확인 및 분석할 수 있으므로 다양한 통신 분야에서 유용한 신뢰성 테스트의 방안으로써 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스마트 그리드는 무엇인가?
스마트 그리드(Smart Grid)는 기존의 전력망에 정보통신 기술을 추가하는 네트워크로써 전력 공급 외 통신을 위한 데이터 교환이 가능하여 에너지 효율을 높일 수있는 전력망이다.[1][2] 차세대 지능형 전력망으로써 스마트 그리드의 효율적인 에너지 관리와 저전력의 통신 기술을 위한 다양한 통신 규격이 모색되고 있다.
스마트 그리드 구현을 위한 전력선 기반의 통신 규격인 HPGP 통신 규격이 개발된 이유는 무엇인가?
HPGP 통신 규격은 스마트 그리드 구현을 위한 전력선 기반의 통신 규격으로써 신흥 스마트 에너지, 홈 자동화, 전기 자동차 통신 어플리케이션 구동을 위해 개발되 었다. HPGP 통신 규격은 이전 규격인 HPAV 통신 규격과 상호 운용이 가능하며 HPAV 대비 75%의 전력소모를 줄일 수 있을 것으로 예상하고 있다.
ROBO(ROBust OFDM) mode의 특징은 무엇인가?
ROBO mode는 신뢰성있는 데이터 전송을 보장하기 위한 반복적인 코드 전송을 의미한다. 동일한 데이터를 반복적인 형태로 전송하므로 실질적인 Data rate는 낮지만 높은 신뢰성을 보장한다. HPGP 통신 규격에서 사용 되는 ROBO mode의 종류는 표 2와 같이 세 종류가 있으며 데이터의 크기 및 종류에 따라 ROBO mode가 변경된다.
참고문헌 (6)
HomePlug Powerline Alliance, "Home Plug Green PHY Draft Specification", Version 1.1, June 2012
HomePlug Powerline Alliance, "Home Plug Green PHY The Standard for In-Home Smart Grid Powerline Communications", Version 1.02, October 2012
Jim Zyren, "HomePlug Green PHY Overview", Atheros Communications, May 2010
Zyren, J, "The HomePlug Green PHY specification & the in-home Smart Grid," Consumer Electronics (ICCE), 2011 IEEE International Conference on, 2011
Latchman, H et al., "High speed multimedia and smart energy PLC applications based on adaptations of HomePlug AV", Power Line Communications and Its Applications (ISPLC), 2013 17th IEEE International Symposium on. IEEE, 2013
Cheol-soon Park et al., "Link adaptation layer of HomePlug GreenPHY for V2G communication interface", Communications (APCC), 2012 18th Asia-Pacific Conference on, 2012
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